バイナリおよび三項ディープユーテクシステムの調製
Summary
このプロトコルは、これらのシステムを再現できるように、科学界全体で深いユーテクシステムの準備を標準化することを目的としています。
Abstract
深い二次システム(DES)の調製は、事前に簡単な手順です。定義上、2つ以上の成分が所定のモル比で混合され、DESを形成する。しかし、研究室での経験から、公表された結果を再現できるように、異なる研究者が続く方法論を準備、特徴付け、報告する手順を標準化する必要があります。本研究では、文献で報告された異なるアプローチをテストして、ユーテクシスシステムを調製し、室温での液体システムの調製における水の重要性を評価した。これらの公表された二テク系は、クエン酸、グルコース、スクロース、リンゴ酸、β-アラニン、L-酒石酸およびベタインで構成され、記載された調製方法の全てを再現できなかった。しかし、場合によっては、共晶混合物の第3成分として水を含む、記載されたシステムを再現することができた。
Introduction
深い二晶溶剤は、21世紀の溶媒と呼ばれており、新世代の溶媒と考えられています。これらは、個々の成分の溶融温度の有意な低下をもたらす特定のモル比で2つ以上の化学化合物の混合物として定義され、室温1、2で液体になる、3.この意味で、溶媒の調製は化学反応を必要としないため、生産収率は100%です。2011年、チェと同僚は、自然発生DESの可能性を報告し、それらを命名しました, 天然深い共晶溶剤 (NADES)3,4,5.NADESは、糖、アミノ酸、有機酸およびコリン誘導体の異なる組み合わせから調製することができる。天然成分から調製されたこれらのシステムは、本質的に生体適合性および生分解性であり、他の代替溶媒(例えば、イオン液体)5、6に比べてかなり毒性が低い。7、8.2015年以来、この分野の出版物の数は指数関数的に増加しており、NADESの可能なアプリケーションは非常に広い3です。多くの原稿やレビューが出版されているにもかかわらず、根本的な疑問が残っており、科学者たちはDES形成のメカニズムなどの興味深い質問に対する答えをまだ見つけていない。DES形成メカニズムを理解することは、現在の試行錯誤のアプローチではなく、新しいシステムの開発に向けた統合的なアプローチにつながります。さらに、消費者が自社製品の持続可能性に対する意識を高めるにつれ、最終寿命だけでなく、処理自体の観点からも、この分野の機会は日々高まっています。 10.深い二元的な溶剤の分野で大きな革新を推進するためには、まず生産と特性評価の方法の標準化が必要です。文献で報告されたシステムの一部の再現性の欠如は、我々が何度もこの問題に直面したように、この仕事を開発する動機でした。本明細書では、材料と方法を正確に記述することの必要性と重要性を実証し、DESの調製は簡単で簡単な手順ですが、いくつかの重要な側面(例えば、水の有無/量)があることを示します。常に議論する必要があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
NADESの調製のための文献で報告される異なる方法論は、加熱攪拌法(HS)、真空蒸発(VE)、および凍結乾燥(FD)である。この作品で作成したシステムは、文献4、5、6、10、11の異なる著者によって記述されています。表1に、原稿に記載されている各混合物の成分とその調製方法を示す。
記載されたシステムを再現するための調査の結果、室温で明確で粘性のある液体サンプルとして、同様のNADESを達成できない場合があることに気付きました。NADES の準備は、多くの要因に依存しています。簡単に制御できるものもあれば、標準化が難しいものもあります。考慮すべき最も重要なことは、最終製品は使用する機器などの外部要因に依存できないことです。
その後、異なる方法で調製されたシステムが特徴付けられた。偏光光学顕微鏡(POM)では、水のないHS法では、異なる温度でもNADESが透明で粘性のある液体を形成しないことが観察された。しかしながら、均質で透明な粘性液体は、少量の水でHS法を適用した場合に図1に示すように観察され、NADESの調製のためのVE法。
DSCは、混合物の熱事象を決定するために使用された。その結果、サーモグラムには熱事象が見られないので、システムは室温で最大130°Cの液体である。各試料の含水率をカールフィッシャー滴定で測定し、その結果を表2に示す。粘度や極性など、得られた液体の特性に最も影響を与えるパラメータであるため、システムの水分含有量を報告する必要があります。これらの変更は、NADES が設計されているアプリケーションの結果に大きな影響を与えます。
NMRはまた、各系の分子間の水素結合の形成を通じて、言及されたNADESシステムの形成を確認するために使用された。1つの例は、このNADESと出発物質(クエン酸およびグルコース)のプロトンスペクトルが重なっているHSによって得られた17%の水を有するNADES系クエン酸:グルコース(2:1)に対して図2に示されている(図2a)。このことから、各分子からいくつかのプロトンの化学シフトの変化を観察することができる。大きな変化は、クエン酸からのOH陽子のシフトです。もともと、この信号は5.16ppmで現れますが、水素結合の形成により6.22ppmにシフトします。これは、クエン酸からのOHと残りの陽子との間の強い相互作用が見えるNOESYスペクトル(図2b)によって確認される。他の NADES システムでも同様の相互作用が観察された。
本研究では、文献で報告された二テク系の調製方法の記述は、ほとんどのシステムの水分含有量に関する情報の欠如のために不完全である場合がある。VE法では、水は異なる成分の溶液を調製し、二テカ系の形成につながる温度で混合することによって追加されます。ただし、最低限必要な水分量を確認することはできません。したがって、システムを形成するために必要な水の割合の知識は、他の人が異なる共晶混合物の調製を再現できるようにするために、常に報告されるべき重要なポイントであると考えられています。
使用する最良の方法は、水分含有量が既に記載されている場合に備えて、準備にかかる時間が短く、水を加えたHS法です。ただし、この情報が利用できない場合、最も簡単な方法は VE メソッドで、使用可能なすべての水が除去され、NADES コンポーネントと相互作用する水のみがシステムに残ります。いずれにせよ、研究者は、システムから無料の水が除去されることを確実にするために、システムを十分な時間蒸発させる必要があります。このタイミングは機器に依存するため、材料セクションでVE法の持続時間を記述するだけでは不十分ですが、水分量は常に報告される必要があります。
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
このプロジェクトは、欧州連合(EU)のHorizon 2020研究革新プログラムに基づき、欧州研究評議会(ERC)から助成金を受けています。この作品は、FCT/MCTES(UID/QUI/50006/2019)からの国家資金によって資金を調達するグリーンケミストリーLAQVのアソシエイト・ラボラトと、プロジェクトCryoDES(PTDC/EQU-EQU/29851/2017)を通じてFCT/MCTESによってもサポートされました。
Materials
| 5 mm NMR tube | Norell | ||
| Acid citric monohydrate | Sigma-Aldrich | ||
| Advance III spectrometer | Bruker | ||
| Deionized water | |||
| dimethyl sulfoxide-d6 | Sigma-Aldrich | ||
| DSC Q200 | TA Instruments, USA | ||
| Freeze-dryer CHRIST ALPHA 1-4 | Braun Biotec International | ||
| Glucose monohydrate | Cmd chemicals | ||
| Karl Fisher Coulometer | Metrohm | ||
| Olympus BX-51 polarized optical microscope | Olympus |
References
- Paiva, A., et al. Natural deep eutectic solvents – solvents for the 21st century. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2, 1063-1071 (2014).
- Abbott, A. P., Capper, G., Davies, D. L., Rasheed, R. K., Tambyrajah, V. Novel solvent properties of choline chloride/urea mixtures. Chemical Communications. , 70-71 (2003).
- Liu, Y., et al. Natural deep eutectic solvents: properties, applications, and perspectives. Journal of Natural Products. 81, 679-690 (2018).
- Choi, Y. H., et al. Are natural deep eutectic solvents the missing link in understanding cellular metabolism and physiology. Plant Physiology. 156, 1701-1705 (2011).
- Dai, Y., Spromsen, J. V., Witkamp, G. -. J., Verpoorte, R., Choi, Y. H. Natural deep eutectic solvents as new potential media for green technology. Analytica Chimica Acta. 766, 61-68 (2013).
- Espino, M., Fernández, M. A., Gomez, F. J. V., Silva, M. F. Natural designer solvents for greening analytical chemistry. Trends in Analytical Chemistry. 76, 126-136 (2016).
- Hayyan, M., et al. Natural deep eutectic solvents: cytotoxic profile. Springer Plus. 5, 913 (2016).
- Dai, Y., Witkamp, G. -. J., Verpoorte, R., Choi, Y. H. Tailoring properties of natural deep eutectic solvents with water to facilitate their applications. Food Chemistry. 187, 14-19 (2015).
- Choi, Y. H., Verpoorte, R. Green solvents for the extraction of bioactive compounds from natural products using ionic liquids and deep eutectic solvents. Current Opinion in Food Science. 26, 87-93 (2019).
- Guitérrez, M. C., Ferrer, M. L., Mateo, C. R., Del Monte, F. Freeze-drying of aqueous solutions of deep eutectic solvents: a suitable approach to deep eutectic suspensions of self-assembled structures. Langmuir. 25, 5509-5515 (2009).
- Gomez, F. J. V., Espino, M., Fernández, M. A., Silva, M. F. A greener approach to prepare natural deep eutectic solvents. Chemistry Select. 3, 6122-6125 (2018).
